[发明专利]用于彩色超声系统的改善多普勒声音质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗超声成像系统，尤其涉及用多普勒效应检测血流速度并将其变换为声音 信号的方法，特别是涉及在较低的扫描速度下，改善血流声音质量的方法。

背景技术

在超声成像系统中，多普勒效应被广泛应用于血流的检测。在应用超声多普勒效应检查 动静脉血流，需要将血流速度转化为另外一种直观的方式表示出来，比如：声音、图谱等等。 一般来说，超声换能器发射超声波到受试者体内，接收从受试者体内返回的超声回波。在血 管中，运动的红细胞对超声波散射，这种散射会使得超声回波的频率发生偏移。频率偏移的 大小和发射的超声波中心频率，以及红细胞的运动速度相关。因此，只要测量出超声回波频 率偏移，就可以测量出红细胞的运动情况。将回波频率的偏移以声音方式播放出来，通过声 音判断血流的运动情况，从而对器官的健康状况作出评估。

图1展示传统的超声多普勒声音分析系统的基本信号处理流程。超声回波信号经过波束 合成后形成射频回波信号，该射频回波信号是经多普勒频移后的带通信号，将所述经多普勒 频移后的带通信号作频移和低通滤波后得到基带的频移信息；选通血流的信息累加，将累加 的结果完成壁滤波处理。壁滤波是一个采样频率为扫描发射频率的高通滤波器，其功能是去 掉低频的组织运动部分，保留血流运动部分。为了将血流信息以图像以及声音的形式显示出 来，壁滤波后的信息分为两路，一路做谱图处理，另外一路做声音信号处理。由于存在频谱 混叠，为了防止把较高频率的正向血流当作负向血流播放出来，在声音信号处理中，首先升 一倍采样完成基线频移，滤除镜像后反移回去，通过希尔伯特HILBERT变换完成正反方向 血流声音数据的分离，然后逐批送出正反方向血流声音数据。整个处理过程在数字信号处理 器Digital Signal Processor，简称DSP的芯片中完成。此后所述正反方向血流声音数据输出给 数字-模拟转换器Digital to Analog Converter，简称DAC的芯片，最终将声音播放出来。

由于DAC输出结果是对数据的采样保持，保持的时间长度取决于采样率，相当于在时 域上原始采样数据和宽度为采样时间的矩形函数卷积，时域上卷积，相当于在频域上相乘。 图2是DAC变换前的离散信号频谱分析示意图，图3是采样时间矩形函数的频谱，原始采样 数据的周期谱和SINC函数相乘后，如图4的DAC输出结果的频谱图所示，在kFs±f之间 存在逐渐衰减的信号镜像频谱，同时带内存在SINC失真，式中k为非0的整数，Fs为采样 频率，f为音频信号的最高频率成分。镜像频谱成分可以通过加模拟低通抗混叠滤波器消除。 从频谱图中可以看出，带内频率越高的成分，失真越大。人耳能感受到的音频范围为20Hz 至20KHz，假设Fs较小，如1.5K，信号充满整个频段，带内高频失真大；假设Fs较大，如 16K，信号的高频含量少，带内高频较大的失真不影响信号本身；因此，如果要求高质量的 声音效果，对于较低的采样率来说，DAC引起的带内高频失真是不可忽视的。

现有两种不同的硬件方式来实现改善声音质量：一种是用专门的高性能音频芯片来实现 音频信号的增强、声音去噪，比如在专用集成电路Application Specific Integrated Circuit，简 称ASIC的音频芯片中完成自适应滤波和升采样的功能。同时也降低DAC的带外量化噪声， 以达到和CD差不多的音质。但这种方法依赖于价格较为昂贵的专用音频芯片，灵活性差。 另一种方式是在DSP芯片中完成所有的声音信号处理，包括音质的改善。但由于DSP芯片 处理能力有限，还要花大量时间来处理声谱图，如果选用优性价比高的DSP芯片实现，声音 信号的处理能力就大受限制了。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种改善声音质量的方 法，将部分声音信号处理的功能用可编程芯片来实现，对多普勒声音信号作升采样处理，在 不增加缓存的情况下，提高较低脉冲重复频率Pulse Repetition Frequency，简称PRF下的采样 效率，减小较低采样频率下的声音信号数字-模拟转换的带内失真。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种用于彩色超声系统的改善多普勒声音质量的方法，基于用数字信号处理器完成 对超声回波信号的前期处理，从中分离出正反方向血流的声音数据；尤其是包括如下步骤：